隧道工程-第2講

1、隧道工程 第第2 2講講 隧道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造隧道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造邵邵 鵬鵬 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院20222022年年3 3月月8 8日星期二日星期二2 隧道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造隧道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造洞身洞身是隧道中用以承受圍巖壓力、結(jié)構(gòu)自重及其它荷載是隧道中用以承受圍巖壓力、結(jié)構(gòu)自重及其它荷載，阻止圍巖風(fēng)化、崩塌和洞內(nèi)防水防潮等的主體建筑物。，阻止圍巖風(fēng)化、崩塌和洞內(nèi)防水防潮等的主體建筑物。洞門洞門是隧道洞口用圬工砌筑用于保護(hù)洞口、排放流水并是隧道洞口用圬工砌筑用于保護(hù)洞口、排放流水并 加以建筑裝飾的支檔結(jié)構(gòu)物。加以建筑裝飾的支檔結(jié)構(gòu)物。明洞明洞以以明挖法或在露天修

2、建的隧道明挖法或在露天修建的隧道( (洞頂及拱背可有回洞頂及拱背可有回填土石遮蓋，也可沒(méi)有回填土石遮蓋填土石遮蓋，也可沒(méi)有回填土石遮蓋) )，稱之為明洞。，稱之為明洞。2 隧道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造隧道結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造主體結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)保持隧道的穩(wěn)定和行車安全而修保持隧道的穩(wěn)定和行車安全而修 建的人工建筑物建的人工建筑物洞身結(jié)構(gòu)洞身結(jié)構(gòu)洞門、明洞洞門、明洞附屬建筑物附屬建筑物主體構(gòu)造物以外保證隧道正常主體構(gòu)造物以外保證隧道正常 使用所需的各種輔助使用所需的各種輔助設(shè)施設(shè)施包括：運(yùn)營(yíng)管理、維修養(yǎng)護(hù)、給水排水、供包括：運(yùn)營(yíng)管理、維修養(yǎng)護(hù)、給水排水、供蓄發(fā)電、通風(fēng)、照明、通訊、安全等而修建蓄發(fā)電、通風(fēng)、照明、通

3、訊、安全等而修建的構(gòu)造物。的構(gòu)造物。隧道結(jié)構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)2.1 洞身主體結(jié)構(gòu)洞身主體結(jié)構(gòu) 洞身主體結(jié)構(gòu)（襯砌）洞身主體結(jié)構(gòu)（襯砌）1. 襯砌的概念襯砌的概念廣義概念廣義概念人工修筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)人工修筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)一次支護(hù)一次支護(hù)（初期支護(hù)）（初期支護(hù)）二次支護(hù)二次支護(hù)（二次襯砌）（二次襯砌）為保證施工安全為保證施工安全、加固巖體阻止、加固巖體阻止變形設(shè)置的臨時(shí)變形設(shè)置的臨時(shí)支護(hù)支護(hù)為保證隧道使用為保證隧道使用的凈空和結(jié)構(gòu)的的凈空和結(jié)構(gòu)的安全而設(shè)置的永安全而設(shè)置的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)久性支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際中，襯砌主要指作為永久支護(hù)的結(jié)構(gòu)實(shí)際中，襯砌主要指作為永久支護(hù)的結(jié)構(gòu) 2. 復(fù)合式襯砌復(fù)合式襯砌 由初期支護(hù)、二

4、次襯砌和由初期支護(hù)、二次襯砌和中間防水層中間防水層組成組成l l 2.1 洞身主體結(jié)構(gòu)洞身主體結(jié)構(gòu) 有有防水層防水層才能稱為復(fù)合襯砌，應(yīng)用普遍。才能稱為復(fù)合襯砌，應(yīng)用普遍。疊加梁疊加梁2.1 洞身主體結(jié)構(gòu)洞身主體結(jié)構(gòu) 3. 單層襯砌單層襯砌 取消防水板，開挖后立即噴射一層有防水性能的砼，取消防水板，開挖后立即噴射一層有防水性能的砼，然后根據(jù)耐久性和平整度要求再施作一層或多層混凝然后根據(jù)耐久性和平整度要求再施作一層或多層混凝土，構(gòu)成層間具有很強(qiáng)粘接力并可充分傳遞剪力的支土，構(gòu)成層間具有很強(qiáng)粘接力并可充分傳遞剪力的支護(hù)體系。護(hù)體系。 組合梁組合梁2.1 洞身主體結(jié)構(gòu)洞身主體結(jié)構(gòu) 4. 裝配式襯砌裝

5、配式襯砌 將襯砌分成若干將襯砌分成若干片構(gòu)建，這些構(gòu)建片構(gòu)建，這些構(gòu)建在工廠或現(xiàn)場(chǎng)制作在工廠或現(xiàn)場(chǎng)制作然后運(yùn)入坑道內(nèi)用然后運(yùn)入坑道內(nèi)用機(jī)械將它們拼裝成機(jī)械將它們拼裝成一環(huán)接一環(huán)的襯砌。一環(huán)接一環(huán)的襯砌。 思考題：上述三種襯砌類型在工程思考題：上述三種襯砌類型在工程中如何選用？中如何選用？2.1 洞身主體結(jié)構(gòu)洞身主體結(jié)構(gòu)作用：當(dāng)遇到地質(zhì)差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以作用：當(dāng)遇到地質(zhì)差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進(jìn)洞時(shí)，或洞口路塹坡上有落石危險(xiǎn)時(shí)均需修建明洞。進(jìn)洞時(shí)，或洞口路塹坡上有落石危險(xiǎn)時(shí)均需修建明洞。 2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu) 重慶萬(wàn)利高速公路趕場(chǎng)隧道重慶萬(wàn)利高速公路趕場(chǎng)隧道 2.2 明

6、洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)明洞類型：明洞類型： 明洞明洞拱式明洞拱式明洞棚式明洞棚式明洞對(duì)稱路塹式對(duì)稱路塹式偏壓路塹式偏壓路塹式單壓路塹式單壓路塹式蓋板式蓋板式剛架式剛架式懸臂式懸臂式2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)12l1. 拱形明洞拱形明洞l對(duì)稱路塹式對(duì)稱路塹式 l適用：適用：洞頂?shù)孛嫫骄彾错數(shù)孛嫫骄?，路，路塹兩側(cè)地質(zhì)條件基本相同，塹兩側(cè)地質(zhì)條件基本相同，原山坡有少量坍塌、落石原山坡有少量坍塌、落石以及隧道洞口巖層破碎，以及隧道洞口巖層破碎，洞頂覆蓋較薄，難以暗挖洞頂覆蓋較薄，難以暗挖法修建隧道的地段。法修建隧道的地段。 由拱圈、邊墻、仰拱（或鋪底）組成。2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)1314l偏壓路塹式偏壓路塹式

7、l適用：適用：兩側(cè)山坡高差較大兩側(cè)山坡高差較大的路塹。的路塹。2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)15l 單壓路塹式單壓路塹式l適用：傍山隧道洞口或傍山線路上路塹地段。適用：傍山隧道洞口或傍山線路上路塹地段。 2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)16 2. 2. 棚式明洞（棚洞）棚式明洞（棚洞） 有些傍山隧道自然有些傍山隧道自然橫坡橫坡較陡，外側(cè)無(wú)足夠場(chǎng)較陡，外側(cè)無(wú)足夠場(chǎng)地墻及基礎(chǔ)來(lái)確保其穩(wěn)定地墻及基礎(chǔ)來(lái)確保其穩(wěn)定時(shí)使用時(shí)使用棚式明洞棚式明洞。2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)17l蓋板式棚洞蓋板式棚洞簡(jiǎn)支內(nèi)墻：重力式墩臺(tái)；或混凝土錨桿式。2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)18l剛架式棚洞剛架式棚洞 當(dāng)?shù)匦为M窄，山坡陡峻，基巖埋當(dāng)?shù)匦为M

8、窄，山坡陡峻，基巖埋置較深而上部地基穩(wěn)定性差時(shí)，置較深而上部地基穩(wěn)定性差時(shí)，為減小基礎(chǔ)工程可采用剛架式外為減小基礎(chǔ)工程可采用剛架式外墻，此時(shí)稱明洞為剛架式明洞。墻，此時(shí)稱明洞為剛架式明洞。剛架重力式墩臺(tái)蓋板橫撐2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)19l 柱式棚洞柱式棚洞l適用：少量落石，地適用：少量落石，地基承載力高，或基巖基承載力高，或基巖埋藏淺的地段。外墻埋藏淺的地段。外墻采用獨(dú)立柱和縱梁方采用獨(dú)立柱和縱梁方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，預(yù)制式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，預(yù)制吊裝方便，但整體穩(wěn)吊裝方便，但整體穩(wěn)定性較差定性較差 。2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)20l 懸臂式棚洞懸臂式棚洞l適用：當(dāng)山坡較陡，坡面有少量落石，且外側(cè)地基適用：

9、當(dāng)山坡較陡，坡面有少量落石，且外側(cè)地基不良或不宜設(shè)基礎(chǔ)時(shí)。不良或不宜設(shè)基礎(chǔ)時(shí)。2.2 明洞結(jié)構(gòu)明洞結(jié)構(gòu)2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu) 1. 1. 洞門的作用洞門的作用 減少洞口土方開挖量減少洞口土方開挖量 穩(wěn)定邊坡和仰坡穩(wěn)定邊坡和仰坡 引離地表水引離地表水 裝飾洞口裝飾洞口 22l2. 洞門的類型洞門的類型l 環(huán)框式環(huán)框式 直切式直切式 l 端墻式端墻式 斜切式斜切式l 翼墻式翼墻式 倒斜切式倒斜切式l 柱式柱式 弧形擋墻加切削式弧形擋墻加切削式l 臺(tái)階式臺(tái)階式2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)23（1）環(huán)框式洞門）環(huán)框式洞門 適用：當(dāng)洞口為適用：當(dāng)洞口為III堅(jiān)硬穩(wěn)定

10、圍巖，且地形陡峻堅(jiān)硬穩(wěn)定圍巖，且地形陡峻無(wú)排水要求時(shí)可采用無(wú)排水要求時(shí)可采用洞口環(huán)框洞口環(huán)框，起到加固洞口和減，起到加固洞口和減少洞口滴水的作用。少洞口滴水的作用。2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)24（2）端墻式洞門）端墻式洞門l適用：地形開闊，巖質(zhì)基本穩(wěn)定的適用：地形開闊，巖質(zhì)基本穩(wěn)定的 級(jí)圍巖。級(jí)圍巖。l結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：能有效抵抗山體縱向推力能有效抵抗山體縱向推力。2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)252627l（3）翼墻式洞門）翼墻式洞門l適用：地質(zhì)較差的適用：地質(zhì)較差的級(jí)以下圍巖，山體級(jí)以下圍巖，山體縱向推力縱向推力較大較大時(shí)。時(shí)。l組成：組成：端墻端墻及及翼

11、墻翼墻。共同抵抗山體水平推力，增加洞。共同抵抗山體水平推力，增加洞門抗滑動(dòng)和抗傾覆能力。門抗滑動(dòng)和抗傾覆能力。l翼墻是為了增加端墻的穩(wěn)定性翼墻是為了增加端墻的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)，同時(shí)對(duì)路塹邊坡路塹邊坡也起也起支撐作用。其頂面一般均支撐作用。其頂面一般均設(shè)置水溝設(shè)置水溝，將端墻背面排水，將端墻背面排水溝匯集的地表水排至路塹邊溝內(nèi)。溝匯集的地表水排至路塹邊溝內(nèi)。2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)282.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)293031l（4）柱式洞門）柱式洞門l適用：地形較陡，地質(zhì)條件較差，仰坡可能下滑，而適用：地形較陡，地質(zhì)條件較差，仰坡可能下滑，而又受地形或地質(zhì)條件限

12、制，不能設(shè)置翼墻時(shí)。又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時(shí)。l特點(diǎn)：在端墻中部設(shè)置特點(diǎn)：在端墻中部設(shè)置24斷面較大的斷面較大的柱墩柱墩，以增加，以增加端墻的穩(wěn)定性。端墻的穩(wěn)定性。 2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)3233l（5）臺(tái)階式洞門）臺(tái)階式洞門l適用：傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時(shí)。適用：傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊坡較高時(shí)。l作用：減小仰坡高度及外露坡長(zhǎng)，減少開挖量。作用：減小仰坡高度及外露坡長(zhǎng)，減少開挖量。2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)342.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)35l（6）直切式洞門）直切式洞門l適用：洞口山體坡度較陡，或距離城市較近，或

13、有風(fēng)適用：洞口山體坡度較陡，或距離城市較近，或有風(fēng)景要求的隧道。景要求的隧道。2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)36l（7）斜切式洞門）斜切式洞門l適用：洞口段有較長(zhǎng)的明洞襯砌，由于洞門背后一定適用：洞口段有較長(zhǎng)的明洞襯砌，由于洞門背后一定范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大；地形比范圍內(nèi)是以回填土為主，山體的推滑力不大；地形比較對(duì)稱和不太陡峻。較對(duì)稱和不太陡峻。l特點(diǎn)：特點(diǎn)： l洞口邊仰坡開挖量少且美觀洞口邊仰坡開挖量少且美觀 l減少植被破壞有利保護(hù)環(huán)境減少植被破壞有利保護(hù)環(huán)境 l適用各種圍巖類別適用各種圍巖類別2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)37382.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)帽檐正斜切式帽檐正斜切式41l（8）倒斜切式洞門）倒斜切式洞門l適用：洞口巖層穩(wěn)定，整體性好，洞口坡度很陡，或適用：洞口巖層穩(wěn)定，整體性好，洞口坡度很陡，或峭壁處的隧道。峭壁處的隧道。2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)43l（9）弧形擋墻加切削式）弧形擋墻加切削式適用：洞口山體坡度很緩且洞外有路塹邊坡時(shí)，適用：洞口山體坡度很緩且洞外有路塹邊坡時(shí)， 使弧形墻與路塹邊坡有機(jī)連接。使弧形墻與路塹邊坡有機(jī)連接。2.3 洞門及洞口緩沖結(jié)構(gòu)洞門及洞口